Polímero Piezoeléctrico Revolucionario Aumenta Conversión de Energía en 60%

Un equipo interdisciplinario liderado por Penn State ha desarrollado un polímero con efectividad piezoeléctrica robusta, resultando en 60% más generación de electricidad eficiente que iteraciones previas.

Los materiales piezoeléctricos convierten estrés mecánico en electricidad, o viceversa, y pueden ser útiles en sensores, actuadores y muchas otras aplicaciones. Pero implementar piezoeléctricos en polímeros —materiales compuestos de cadenas moleculares y comúnmente usados en plásticos, fármacos y más— puede ser difícil, según Qiming Zhang, Profesor Distinguido de Ingeniería Eléctrica.

"Históricamente, el acoplamiento electromecánico de polímeros ha sido muy bajo", dijo Zhang. "Nos propusimos mejorar esto porque la suavidad relativa de los polímeros los hace excelentes candidatos para sensores y actuadores suaves en una variedad de áreas, incluyendo biosensores, sonar, músculos artificiales y más."

Para crear el material, los investigadores introdujeron deliberadamente impurezas químicas en el polímero. Este proceso, conocido como dopaje, permite a los investigadores ajustar las propiedades de un material para generar efectos deseables —siempre que integren el número correcto de impurezas. Agregar muy poco dopante podría prevenir que el efecto deseado inicie, mientras que agregar demasiado podría introducir rasgos no deseados que obstaculicen la función del material.

El dopaje distorsiona el espaciado entre cargas positivas y negativas dentro de los componentes estructurales del polímero. Esta distorsión segrega las cargas opuestas, permitiendo que los componentes acumulen una carga eléctrica externa más eficientemente. Esta acumulación mejora la transferencia de electricidad en el polímero cuando se deforma, dijo Zhang.

Para mejorar el efecto de dopaje y asegurar alineación de las cadenas moleculares, los investigadores estiraron el polímero. Esta alineación, según Zhang, promueve más respuesta electromecánica que de un polímero con cadenas alineadas aleatoriamente.

"La eficiencia de generación de electricidad del polímero aumentó enormemente", dijo Zhang. "Con este proceso, logramos 70% eficiencia —una vasta mejora del 10% eficiencia anterior."

Este rendimiento electromecánico robusto, que es más común en materiales cerámicos rígidos, podría habilitar una variedad de aplicaciones para el polímero flexible.

Porque el polímero exhibe resistencia a ondas de sonido similar a la de agua y tejidos humanos, podría aplicarse para uso en imágenes médicas, hidrófonos submarinos o sensores de presión.

Los polímeros también tienden a ser más ligeros y configurables que cerámicas, así que este polímero podría proporcionar oportunidades para explorar mejoras en imágenes, robótica y más, dijo Zhang.